32. 고분자 소개 - PHB (Poly hydroxybutyrate)

 

 

 

PHB (Poly hydroxybutyrate)

 

 

 

① PHB (Poly hydroxybutyrate)란? 

 

폴리하이드록시부티레이트(Polyhydroxybutyrate, PHB)는 생분해 가능한 생물학적 고분자로, 대체 가능한 플라스틱 소재로 각광받고 있는 중요한 폴리머입니다.

 

PHB는 1925년에 처음으로 발견되었지만, 상업적으로 사용되기까지 오랜 시간이 걸렸습니다. 초기 개발 단계에서는 PHB의 생산이 비용이 많이 들고 제한적이었기 때문에 실용적인 적용에는 어려움이 있었습니다. 그러나 최근의 기술 발전과 환경에 대한 관심 증가로 인해 PHB의 개발 및 사용이 더욱 활발하게 이루어지고 있습니다.

 

PHB는 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 주요 용도는 다음과 같습니다.

- 포장재: PHB는 식품 포장, 일회용 플라스틱 컵, 우유용 우유팩 등 다양한 포장 재료에 사용될 수 있습니다. PHB는 생분해 가능한 소재로서 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 포장 설루션을 제공할 수 있습니다.

- 의료용품: PHB는 의료 분야에서 사용되는 다양한 제품에 적용될 수 있습니다. 생분해 가능한 소재로서, PHB는 조직 공학, 기능성 재료, 조영제 용기, 재료 플레이트 등에 사용될 수 있습니다.

- 농업용품: PHB는 농업 분야에서도 사용될 수 있습니다. 식물 보호제, 비료 코팅제, 씨앗 코팅재 등에 PHB가 적용되어 농작물 생산과 관련된 문제를 해결하고자 하는 연구가 진행되고 있습니다.

- 산업용품: PHB는 산업 분야에서도 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 예를 들어, PHB는 플라스틱 필름, 섬유, 플라스틱 부품 등의 제조에 사용될 수 있습니다.

 

PHB는 생분해 가능한 소재로서 환경에 친화적이며, 다양한 산업 분야에서 대체 가능한 플라스틱 소재로 주목받고 있습니다. 기술 발전과 함께 PHB의 생산 비용이 점차 감소하고있어 더욱 다양한 분야에 활용될 것으로 보이는 소재입니다. 

 

 

② PHB의 특성

 

- 생분해성: PHB는 자연적으로 분해되는 생분해 가능한 고분자입니다. 환경에 버려지면 미생물의 작용에 의해 분해되어 이산화탄소와 물로 분해됩니다. 이로 인해 PHB는 지속 가능한 소재로 간주됩니다.

- 생물학적 안전성: PHB는 인체에 무해하고 생물학적으로 안전한 소재입니다. 이는 의료용품 및 식품 포장과 같은 응용 분야에서 매우 중요한 특성입니다.

- 물 및 기름 저흡수성: PHB는 물과 기름을 잘 흡수하지 않는 특성을 가지고 있습니다. 이는 PHB가 수분 및 유체로부터 보호되며 특정 응용 분야에서 장기간의 안정성을 제공하는 데 도움이 됩니다.

- 높은 인장 강도: PHB는 높은 인장 강도를 가지고 있어 강하고 내구성이 뛰어난 소재로 간주됩니다. 이는 PHB가 강성 및 내구성이 요구되는 제품에 사용되는 이유 중 하나입니다.

- 우수한 가용성: PHB는 다양한 가용성을 가지고 있어 다른 고분자와 혼합하여 다양한 물성을 조절할 수 있습니다. 이는 PHB의 활용 범위를 확장하는 데 도움이 됩니다.

- 우수한 가공성: PHB는 사출 성형, 압출, 압출 성형 등 다양한 가공 방법을 통해 쉽게 가공될 수 있습니다. 이는 PHB를 다양한 형태와 모양의 제품으로 가공할 수 있게 합니다.

 

PHB는 이러한 특성들을 통해 지속 가능한 소재로서의 잠재력을 가지고 있으며, 다양한 분야에서 대체 가능한 플라스틱 소재로 사용될 수 있습니다.

 

 

③ PHB의 가공 방법

 

PHB는 다양한 가공 방법을 통해 가공될 수 있습니다. 주요한 PHB의 가공 방법 중 일부는 다음과 같습니다.

 

사출 성형 (Injection Molding): 사출 성형은 PHB를 가장 일반적으로 가공하는 방법 중 하나입니다. 이 방법은 PHB를 고열 상태로 용융시킨 다음, 사출 성형 기계를 사용하여 용융된 PHB를 금형 내에 주입합니다. 주입된 PHB는 금형 내에서 냉각되어 형상을 고정하고 고체로 변합니다. 사출 성형은 복잡한 형상의 제품을 대량으로 생산하는 데 많이 사용됩니다.

- 압출 (Extrusion): 압출은 PHB를 필름, 시트, 관 등의 형태로 가공하는 방법입니다. PHB를 용융 상태로 만든 후 압출기를 사용하여 용융된 PHB를 필름이나 시트로 압출합니다. 필요한 경우 다양한 모양과 크기로 가공할 수 있습니다. 압출은 PHB를 평면 또는 단면 형태로 가공하는 데 많이 사용됩니다.

- 압출 성형 (Compression Molding): 압출 성형은 PHB를 고체 상태로 가공하는 방법입니다. PHB 분말을 높은 압력과 온도에서 압출 성형 기계 내에서 압축하여 고체 블록 또는 다른 형태로 형성합니다. 이 방법은 비교적 단순하고 저렴한 장비를 사용하여 PHB를 가공하는 데 사용됩니다.

- 3D 프린팅: PHB는 3D 프린팅에도 사용될 수 있습니다. 3D 프린팅은 컴퓨터 지원 설계(CAD) 파일을 기반으로 PHB를 적층적으로 적용하여 원하는 형태의 3D 개체를 생성하는 프로세스입니다. PHB 필라멘트를 3D 프린터에 공급하고, 열을 가하여 필요한 형상을 생성합니다. 3D 프린팅은 PHB를 사용하여 고도로 복잡한 구조를 가진 개체를 제작하는 데 널리 사용됩니다.

 

위의 가공 방법은 주요한 PHB 가공 방법의 몇 가지 예입니다. 이 외에도 PHB는 필름 슬리팅, 열 성형, 캐스팅 등 다양한 가공 기술을 통해 가공될 수 있습니다. 가공 방법은 PHB의 사용 용도와 가공 제품의 요구사항에 따라 선택될 수 있습니다.